1.天津市建筑设计院 天津 300074；2,中国天辰工程有限公司 天津 300400；
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摘要：本文分析了各类太阳能电池组件优缺点，结合园区内资源、环境、建筑情况，为提高园区可再生能源利用率，提出两个规划方案，经过分析，确定最佳方案，为园区级规划提供了参考的方法、路线。
关键词：光伏发电；规划；日照模拟；可再生能源利用率
0引言
规划在采用生态技术策略上必须因地制宜，充分考虑相应规划范围的气候条件、地理环境、以及自然资源。通过分析近30年来天津市太阳总辐射特征，根据中国太阳能资源的区划标准天津市属于太阳能资源较丰富的二类区域；年辐照量为≥5850MJ/m2(水平面)，年日照时数为2612.7小时，其日照时数≥6小时天数出现最多的季节是春季（C），最少的是夏季（X）；5月份是太阳能利用小时数最多的典型月份，7月份是太阳能利用小时数最少的典型月份；一天中利用太阳能最有利的时段是下午（h）。因此，天津太阳能资源具有良好的开发前景，除了7月份略少外，其他各月均有较高的可利用价值。
将太阳能光伏发电用于建筑内部耗电系统的电力补充，建筑屋顶、立面、园区场地的合理利用，实现太阳能光伏发电的最大化，是本次规划的目标。
1太阳能电池组件的选择
在众多太阳能电池中，较普遍且实用的有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池等。
单晶硅太阳能电池在实验室里最高的转换效率为25%，而规模生产的单晶硅太阳能电池，其效率为16%~18%。多晶硅太阳能电池的实验室最高转换效率为20%，工业规模生产的转换效率为15%~17%。非晶硅薄膜太阳能电池转换效率较低，为6%~8%，但具有弱光发电的优点。非晶硅和晶硅混合薄膜太阳能电池也是一种极有发展前景的新产品。由于非晶硅和晶硅对太阳光谱的敏感区域不同，将这两种不同的材料用在同一块基板上，获得更高的转换效率。
虽然单晶硅强光发电和高转换率的特性，但价格较高，而随着多晶硅的技术不断发展，其转换效率已有了很大的提升，且价格较单晶硅低，因此本规划中地块内建筑屋顶光伏发电系统采用多晶硅晶硅电池组件；鉴于非晶硅薄膜光伏组件的可透光性、弱光效应、颜色的协调性，建筑立面光伏发电采用非晶硅薄膜光伏组件，同时保证了建筑立面的整体效果。
为更有效的利用太阳能，同时考虑控制成本，并结合组件特点，屋顶、地面光伏发电系统所采用的多晶硅组件转换效率不低于16%，立面光伏发电系统采用的非晶硅薄膜组件转换效率不低于5.9%。
2太阳能光伏发电建筑应用情况分析
规划方案一：区内建筑设置水平及垂直太阳能光伏发电系统
为提高可再生能源利用率，将充分利用科技园内所有建筑的屋顶及东南立面和西南立面。根据《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》JGJ203-2010光伏组件宜满足“冬至日全天有3h以上建筑日照时数的要求”，对各建筑进行日照分析，充分利用建筑遮挡较少区域，合理布置太阳能光伏组件，以最大效率的利用太阳能光伏发电。
科技园内建筑层高不一，且相邻建筑间距不大（或建筑密度较高），部分区域将产生遮挡阴影，严重影响太阳能光伏组件的发电效果，从而降低整体光伏发电系统的效率。因此需充分利用建筑遮挡较少区域，合理布置太阳能光伏组件，避免将其布置于阴影持续时间较长的区域，以最大效率的利用太阳能。
根据日照分析，屋顶及立面光伏发电设置区域需满足冬至日全天有3h以上建筑日照时数，且同时屋顶避开具有设备遮挡或机房遮挡的区域，立面避开建筑窗户及建筑立面自身具有遮挡的区域。
根据上述原则，分析各项遮挡因素、屋顶占用情况及朝向的影响，分屋顶和立面，形成了太阳能光伏组件的布置方案。总之，光伏组件主要布置区域为建筑屋顶及东南立面和西南立面（由于项目西南立面已进行垂直绿化，故仅利用其东南立面）。
安装方式：若建筑物屋顶为平屋面，则建议以天津地区最佳倾角32°角进行安装，安装间距为高度/tan27°；若建筑物屋顶为坡屋面，则建议将光伏发电组件与建筑屋顶结合，进行光伏建筑一体化设计。立面光伏发电系统需结合建筑立面效果，进行光伏建筑一体化的设计。
不同转换效率的光伏组件，所完成的可再生能源的利用率也将会有不同。
表2-1为屋顶采用多晶硅光伏组件，立面采用非晶硅薄膜光伏组件，充分利用建筑遮挡较少区域、避开阴影持续时间较长区域进行布置，年发电量可达到1177.75MWh/a，折合标煤消耗3064.34MWh/a，可再生能源利用率为2.62%，园区整体可再生能源使用率增加至18.53％。
规划方案二：区内建筑及市政30米绿化带设置水平太阳能光伏发电系统
由于建筑立面光伏发电系统成本较高，约为建筑屋顶的2.4倍，性价比较低。
科技园东侧毗邻中央大道的是30米防护绿地，可以建设地面电站，与建筑立面光伏系统相比，造价较低，安装施工难度较低，性价比较高。维持各建筑屋顶太阳能光伏发电系统步变，将建筑立面光伏发系统用水平光伏发电系统替代，需占用绿地面积，同时要求地面电站周边的植被不能对光伏组件产生遮挡，还需做好防盗措施。
采用多晶硅光伏组件，组件转换效率不低于15%。经计算需要占用30米防护绿地的32%，约9338m2，装机容量约622kWp，折合标煤约1538MWh，可再生能源利用率为1.32%。
地面水平光伏发电系统的安装角度和间距与屋顶水平光伏发电系统相同；地面有坡度区域可结合坡度进行安装。为不影响电站附近绿植生长，减少遮挡影响，建议地面光伏组件的安装基准高度为500mm。
4结语
综上，从经济、实用角度，本园区太阳能光伏规划采用规划方案二，即区内建筑及市政30米绿化带设置水平太阳能光伏发电系统，能够用最合理的投资，获得最优的可再生能源利用率。
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[3]柴金龙，李毅，胡盛明 . 非、单晶硅太阳能电池组件比功率发电量比较 . 深圳大学学报理工版，2005.7:226-228.
论文作者:孙玲1,李英敏2,李旭光3
论文发表刊物:《防护工程》2017年第4期
论文发表时间:2017/7/7
标签：光伏论文; 建筑论文; 太阳能论文; 组件论文; 立面论文; 太阳能电池论文; 屋顶论文; 《防护工程》2017年第4期论文;